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文档简介

1、有机波谱分析与技术主讲:赵主讲:赵 鑫鑫主主 要要 内内 容容1.序论序论2.紫外吸收光谱紫外吸收光谱3.红外吸收光谱红外吸收光谱4.核磁共振谱(核磁共振谱(1H NMR、 13C NMR )5.质谱质谱6.四大波谱的综合解析四大波谱的综合解析2021-12-303第一章第一章 序序 论论 研究或鉴定一个有机化合物的结构,需对该化合物研究或鉴定一个有机化合物的结构,需对该化合物进行结构表征。进行结构表征。 分离提纯分离提纯物理常数测定物理常数测定元素分析元素分析确定分子式确定分子式确定其可能的构造式确定其可能的构造式结构表征结构表征 有机化合物的结构表征有机化合物的结构表征 从分子水平认识物质

2、的从分子水平认识物质的基本手段,是有机化学的重要组成部分。基本手段,是有机化学的重要组成部分。1. 结构表征基本程序结构表征基本程序结构表征的方法结构表征的方法化学方法化学方法现代仪器分析方法现代仪器分析方法结构表征基本方法结构表征基本方法2021-12-304 费时、费力、费钱,试剂的消耗量大(半微量分费时、费力、费钱,试剂的消耗量大(半微量分 析,用析,用 样量为样量为10100mg);); 损坏样品;损坏样品; 分子有时重排,导致错误结论;分子有时重排,导致错误结论; C及及CC的构型确定困难。的构型确定困难。 OHOHON CH3吗吗啡啡2. 化学方法的缺点化学方法的缺点吗啡的结构鉴定

3、用了吗啡的结构鉴定用了147 年(年(1805-1952)。)。2021-12-305 省时、省力、省钱、快速、准确,试剂耗量少;省时、省力、省钱、快速、准确,试剂耗量少; 不损坏样品(质谱除外);不损坏样品(质谱除外); 对对C及及CC的构型确定比较方便。的构型确定比较方便。 3. 现代仪器分析方法现代仪器分析方法 光谱法已成为有机结构分析的常规方法光谱法已成为有机结构分析的常规方法,但是化学方法但是化学方法仍不可少,它与光谱法相辅相成,相互补充,互为佐证。仍不可少,它与光谱法相辅相成,相互补充,互为佐证。 结构表征最常用结构表征最常用的仪器分析方法的仪器分析方法质谱(质谱(MS)紫外光谱(

4、紫外光谱(UV)红外光谱(红外光谱(IR)核磁共振谱(核磁共振谱(NMR)现代仪器分析方法特点:现代仪器分析方法特点:属于光波谱属于光波谱不属于光波谱不属于光波谱第二章第二章 分子光谱概述分子光谱概述一一. . 光的特性光的特性光光: : 是一种电磁波是一种电磁波, , 具有波动性和粒子性具有波动性和粒子性. . 波动性:传播运动过程中突出波动性:传播运动过程中突出, , 表现在光的偏振表现在光的偏振, , 干涉干涉, , 衍射衍射 粒子性:与物质相互作用时突出粒子性:与物质相互作用时突出, , 表现在光电效表现在光电效 应应, , 光的吸收和散射光的吸收和散射衍射衍射干射干射散射散射1. 光

5、的波动性光的波动性波动性:可用波长波动性:可用波长、频率、频率和波数和波数 来描述。来描述。= = c cc c : : 光速光速 (3(310108 8 m/sm/s) ) : Hz : Hz : m : m : 光在传播过程中光在传播过程中, , 同一电磁波曲线上两个相邻的同一电磁波曲线上两个相邻的 相位相同的点之间的距离相位相同的点之间的距离. . : 单位时间内经过某一点的波的数单位时间内经过某一点的波的数. . : 波长的倒数波长的倒数(1/(1/),),常用于红外光谱常用于红外光谱, , 可以理解可以理解为为1cm1cm长度中波的数目长度中波的数目. . 频率与波长成反比频率与波长

6、成反比, , 即波长越长即波长越长, , 频率越低频率越低, , 波数越小波数越小 2021-12-308对于不同的光波对于不同的光波, , 波长采用不同的单位波长采用不同的单位. .紫外紫外- -可见光区可见光区 : nm(10: nm(10-9-9m)m)红外光区红外光区 : : m(10m(10-6-6m)m)或或 cmcm-1-1微波区微波区 : cm: cm无线电波无线电波 : m: m2. 光的粒子性光的粒子性h h : : 普郎克常数普郎克常数 (6.63 (6.63 10-34 m2 kg s-1) 光量子的能量光量子的能量( (E E) )与波长成反比与波长成反比, , 而与

7、频率及波数成正比而与频率及波数成正比. . E E = = h h = =h h = = hchc c c可用光量子的能量来描述可用光量子的能量来描述2021-12-309二二. . 光与物质的相互作用光与物质的相互作用1. 分子能级分子能级每一种运每一种运 动状态都有动状态都有一定能量一定能量分子分子 不断运动不断运动分子平分子平移运动移运动分子绕分子绕轴旋转轴旋转物质由物质由 分子组成分子组成分子内化学分子内化学键的振动键的振动价电子的轨价电子的轨道运动道运动E Et tE EE Ee eE Er r平动能平动能振动能振动能电子能电子能转动能转动能2021-12-3010E E = = E

8、 Et t + + E E + + E Ee e + + E Er r + + 分子的总能量分子的总能量平动能平动能E Et t: 能级差小, 近似地看成能量变化是连续的连续的分子具有的能量多少不是连续变化的, 而是”台阶”式不连续变化, 即能量的变化是量子化的能量的变化是量子化的.每一个”台阶”称做一个能级, 能量由低到高依次称为基态基态, 第一激发态第一激发态, 第二激发态第二激发态等等. 转动能转动能E Er r: 能级差(3.510-3 510-2eV)振动能振动能E E: 能级差(510-2 1eV)电子能电子能E Ee e: 能级差(1 20eV)能量变化 -量子化2021-12-

9、3011E EE E1 1E E3 3E E2 2E E1 1E E2 2E E3 3例如例如: 某分子的任意三个振动能级分别为某分子的任意三个振动能级分别为 , ,E E1 1E E2 2E E3 3分子能级跃迁与吸收频率的关系分子能级跃迁与吸收频率的关系吸收跃迁吸收跃迁发射跃迁发射跃迁低能级低能级高能级高能级(能级能级)( (跃迁能跃迁能) )对于具体分子对于具体分子, , 每一种运动每一种运动状态的不同能级都具有状态的不同能级都具有恒定的恒定的值值.2021-12-3012相对强度1 1用频率连续变化的单色光用频率连续变化的单色光照射照射选择性吸收与能级选择性吸收与能级跃迁相对应的跃迁相

10、对应的特定频率的光特定频率的光光谱光谱仪器记录仪器记录2. 吸收光谱吸收光谱透过透过吸收吸收2021-12-3013A = log(I0/I1 ) = log(1/T ) = clA:A:吸光度吸光度T:T:透射率透射率(I1/I0 ) :摩尔吸收系数摩尔吸收系数( (Lmol-1 cm-1) l l: :光在溶液中经过的距离(比色池的厚度光在溶液中经过的距离(比色池的厚度: cm: cm) I I1 1: :透过光强度透过光强度I I0 0: :入射光强度入射光强度 c: c: 溶液的浓度溶液的浓度( (mol/L)三三. . 朗伯朗伯- -比尔比尔(Lambert-Beer)(Lamber

11、t-Beer)定律定律阐明阐明: : 吸光物质对光的吸收强度与吸光物质浓度之间吸光物质对光的吸收强度与吸光物质浓度之间的关系的关系:是溶液浓度为是溶液浓度为1mol, 1mol, 在在1cm1cm长的吸收池中长的吸收池中, , 在一定在一定波长下测得的吸光度波长下测得的吸光度.越大越大, ,表明物质对某一波长光的表明物质对某一波长光的吸收能力越强吸收能力越强. .吸光度与浓度之间的线性关系只有吸光度与浓度之间的线性关系只有在稀溶液中才能成立在稀溶液中才能成立. .2021-12-3014200nm 400nm 800nm 2.5m 15m 1m 5m四四. . 自然光的分类及波谱的关系自然光的分类及波谱的关系电磁波电磁波波长波长跃迁类型跃迁类型波谱类型波谱类型射线射线0.0010.01nm核跃迁核跃迁穆斯保尔谱穆斯保尔谱X 射线射线0.0110nm内层电子内层电子X 射线光谱射线光谱紫外紫外-可可见光见光远紫外远紫外10200nm外层电子外层电子紫外吸收光谱紫外吸收光谱近紫外近紫外200400nm外层电子外层电子紫外吸收光谱紫外吸收光谱可见光可见光400800nm外层电子外层电子可见吸收光谱可见吸收光谱红外光红外光近红外近红外0.82.5m分子振动分子振动

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